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メゾスコピック系における電子-格子相互作用の制御

Research Project

Project/Area Number 17J02006
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

横井 雅彦  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords層状物質 / 超伝導 / 表面弾性波
Outline of Annual Research Achievements

2004年のNovoselovとGeimによるグラフェンの発見を契機に、2次元性の強い層状物質を結晶性良く薄膜化できるようになった。このような低次元系は、バルク結晶では行えないキャリア密度の電界制御など、物性制御の観点から重要な研究テーマである。本研究では原子層物質の新たな制御方法として、表面弾性波を用いる手法に着目した。表面弾性波とは、圧電性を有する基板表面に局在した弾性波で、基板上に作製した櫛形電極に数GHzの交流電場を印加することで誘起される。
これまで本研究では、原子層超伝導薄膜NbSe2に表面弾性波を照射することで、その伝導特性の変調を行ってきた。圧電LiNbO3基板上に超伝導NbSe2薄膜を転写し、表面弾性波を照射しながら電流電圧特性を測定した。その結果、概形は通常の超伝導体薄膜と同様のゼロ抵抗特性が観測された。しかし、ゼロ電流付近に着目すると、電流とは逆符号の電圧が生じることが分かった。これは抵抗が負になることを意味している。さらに、原子層超伝導NbS2薄膜や、単体Nb薄膜を用いて対照実験も行ってきた。しかし、これらの薄膜では負抵抗は観測されなかった。これらの結果から、表面弾性波に変調された電荷密度波と超伝導との相互作用が負抵抗の本質だと分かった。
本年度はこれらの実験結果を理論的に説明する描像の構築を行った。NbSe2薄膜では、表面弾性波照射によって、電荷密度波のソリトン-反ソリトンの対が形成され得る。このソリトン対を時間依存する静電容量と等価と見なし、これと超伝導ドメインが直列に繋がるジョセフソン接合モデルを構築することで、実験で観測されたゼロ電流付近の負の抵抗を定性的に再現することができた。
本研究で得られた成果は、原子層超伝導薄膜の新たな一面を開拓したものであり、将来的には、周期的な外場で量子状態が制御可能なフロッケ・エンジニアリングの舞台となり得る。また、この成果をまとめ、論文として投稿した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Electrostatically Driven Guest Binding in Self-Assembled Molecular Network of Hexagonal Pyridine Macrocycle at the Liquid/Solid Interface: Symmetry Breaking Induced by Coadsorbed Solvent Molecules2019

    • Author(s)
      Iritani Kohei、Takeda Hiroshi、Kather Michael、Yokoi Masahiko、Moeglen Magali、Ikeda Motoki、Otsubo Yusuke、Ozawa Yu、Tahara Kazukuni、Hirose Keiji、De Feyter Steven、Tobe Yoshito
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 35 Issue: 47 Pages: 15051-15062

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.9b02748

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面弾性波照射により生じる超伝導NbSe2薄膜の負抵抗状態の起源2020

    • Author(s)
      横井雅彦, 藤原聖士, 河村智哉, 荒川智紀, 青山和司, 福山寛, 小林研介, 新見康洋
    • Organizer
      日本物理学会 2020年年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] NbSe3薄膜における電荷密度波特性2020

    • Author(s)
      藤原浩司, 岩切秀一, 横井雅彦, 渡邉杜, 小林研介, 新見康洋
    • Organizer
      日本物理学会 2020年年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 原子層超伝導ZrTe3-xSex薄膜における電気伝導特性2019

    • Author(s)
      藤原聖士, 横井雅彦, 荒川智紀, 小林研介, 新見康洋
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面弾性波照射による層状超伝導薄膜の伝導特性の変調2019

    • Author(s)
      横井雅彦, 河村智哉, 荒川智紀, 福山寛, 新見康洋, 小林研介
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会 15aK308-4 九州大学 2019年 3月
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 微細加工技術の開発とGaAs系二次元電子系単電子源への応用2019

    • Author(s)
      則元将太, 岩切秀一, 横井雅彦, 荒川智紀, 新見康洋, 小林研介
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会 15pE201-2 九州大学 2019年 3月
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical conduction of NbSe2 thin film modulated by surface acoustic waves2018

    • Author(s)
      M. Yokoi, T. Kawamura, T. Arakawa, H. Fukuyama, Y. Niimi, K. Kobayashi
    • Organizer
      The International Symposium for Materials Scientists III (ISMS III), Osaka, Japan, December 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面弾性波を用いた超伝導NbSe2薄膜の伝導特性の変調 22017

    • Author(s)
      横井雅彦、河村智哉、荒川智紀、福山寛、 新見康洋、小林研介
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面弾性波を用いた超伝導NbSe2薄膜の伝導特性の変調2017

    • Author(s)
      横井雅彦、河村智哉、荒川智紀、福山寛、新見康洋、小林研介
    • Organizer
      第5回インタラクティブ交流会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical conduction of NbSe2 thin film modulated by surface acoustic wave2017

    • Author(s)
      Masahiko Yokoi, Tomoya Kawamura, Tomonori Arakawa, Hiroshi Fukuyama, Yasuhiro Niimi, Kensuke Kobayashi
    • Organizer
      Interdisciplinary Symposium for Up-and-coming Materials Scientists (ISUMS2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical conduction of NbSe2 thin film modulated by surface acoustic wave2017

    • Author(s)
      Masahiko Yokoi, Tomoya Kawamura, Tomonori Arakawa, Hiroshi Fukuyama, Yasuhiro Niimi, and Kensuke Kobayashi
    • Organizer
      SAWtrain Summer School: Physics and applications of GHz vibrations in semiconductors
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical conduction of NbSe2 thin film modulated by surface acoustic wave2017

    • Author(s)
      Masahiko Yokoi, Tomoya Kawamura, Tomonori Arakawa, Hiroshi Fukuyama, Yasuhiro Niimi, and Kensuke Kobayashi
    • Organizer
      HKU-Osaka University Joint Symposium on Materials Science
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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